Ces travaux présentent une synthèse de mon activité de recherche et d'encadrement depuis mon intégration au CNRS. Cette activité s'articule autour de deux axes principaux : le test de circuits et systèmes intégrés analogiques et mixtes et la conception de circuits intégrés pour applications médicales. L'objectif du premier axe de recherche consiste à s'assurer de la qualité des circuits après fabrication en développant des techniques de test permettant de détecter toute défaillance potentielle tout pour un surcoût minimal. Ces travaux se sont principalement axés sur les circuits analogiques, mixtes (analogiques et numériques) et plus généralement les systèmes hétérogènes. L'idée directrice consiste à développer des solutions (test intégré, test indirect, test niveau système,...) en rupture avec les techniques de test de production traditionnelles. Après la fabrication et le test de production, le circuit est inséré dans son application finale. Les travaux présentés recherchent aussi des solutions permettant de tester ce circuit dans son environnement d'utilisation. L'objectif n'est plus alors uniquement la détection des défaillances mais aussi la correction automatique du circuit. Le deuxième axe de recherche a pour objectif principal le développement de systèmes de Stimulation Electrique Fonctionnelle (SEF) implantables dans le corps humain. La SEF consiste à stimuler électriquement des nerfs ou muscles pour déclencher les phénomènes naturels de communication neurale ou de contraction musculaire. Ces techniques permettent dans certains cas de palier une partie des déficiences sensori-motrices survenues suite à une maladie ou à un accident. Dans ce contexte, nous cherchons à développer des circuits performants, fiables et à faible consommation, pour la génération de signaux électriques artificiels de stimulation et pour le recueil du signal neural naturel.

Le fil rouge guidant nos travaux de recherche correspond à la convergence des techniques hyperfréquences, des micro- et nano-technologies et plus récemment de la fluidique, amenant le développement de microsystèmes hyperfréquences innovants pour des applications en télécommunication et en biologie. Nous retraçons, au travers de notre habilitation à diriger des recherches, nos travaux sur les approches multidisciplinaires permettant le développement de microsystèmes hyperfréquences communicants pour lesquels notre leitmotiv fut de tirer au mieux partie des potentialités des micro et nano-technologies. Des composants et circuits RF-MEMS (RadioFrequency MicroElectroMechanical Systems), à l'intégration des nanotechnologies au sein de microsystèmes hyperfréquences, à la miniaturisation de fonctions passives ainsi qu'à leur co-intégration avec des circuits actifs au sein de microsystèmes. Nous présentons de plus notre projet de recherche visant à explorer l'alliance des microsystèmes hyperfréquences avec d'autres disciplines telles que la fluidique et la biologie pour de nouvelles fonctionnalités et applications. Nous tenterons de répondre aux questions scientifiques : "comment les microsystèmes hyperfréquences peuvent aller au delà des fonctionnalités et applications traditionnelles, quelles sont les opportunités ainsi ouvertes ?"

L'étude des effets biologiques des radiations ionisantes à l'échelle de la cellule individuelle et en particulier sur l'ADN du noyau cellulaire reste un enjeu majeur de la radiobiologie actuelle. L'objectif principal des recherches actuelles est de déterminer quels peuvent être les effets biologiques délétères des radiations ionisantes pour la santé humaine, en particulier dans le domaine des faibles doses de radiation. Afin d'étudier précisément la réponse des cellules aux radiations ionisantes, de nombreuses études expérimentales des effets des radiations ionisantes sur les cellules, tissus et organismes biologiques aux basses énergies ont accumulées de grandes quantités de données de qualité sur la réponse de cellules aux radiations. Il existe également de nombreux modèles semi-empiriques de survie cellulaire qui incorporent des paramètres biologiques et physiques. En parallèle, des stochastiques basées sur la technique " Monte Carlo " pour modéliser les processus élémentaires en physique, chimie et biologie sont en cours de développement. L'outil Geant4 développé dès 1993 (CERN et KEK) en utilisant des techniques informatiques de dernière génération (C++) permet à l'utilisateur de construire une simulation complète grâce à de nombreuses fonctionnalités : formes géométriques, matériaux, particules élémentaires, processus physiques électromagnétiques et hadroniques, visualisation, analyse de données, interactivité et extensibilité... Cependant, Geant4 présente un certain nombre de limitations pour la simulation des effets biologiques des radiations ionisants à l'échelle subcellulaire : les modèles standard ne prennent pas compte le technique " pas-à-pas ", les modèles physique sont limités à basse énergie, il n'a pas des descriptions des cibles moléculaires et Geant4 n'est pas capable de simuler les étapes physico-chimique et chimique nécessaire pour déterminer l'oxydation des bases et les éventuelles cassures d'ADN.Dans ce contexte, le projet Geant4-DNA propose d'étendre Geant4 afin de modéliser les interactions des radiations ionisantes à l'échelle de la cellule biologique et la molécule d'ADN et aux basses énergies. Au cours du travail de thèse, j'ai tout d'abord validé les modèles physiques en comparant les résultats de simulation à une grande collection de données expérimentales disponibles dans la littérature. L'accord entre les valeurs de sections efficaces totales et différentielles et les mesures expérimentales a été quantifié à l'aide du test statistique Kolmogorov-Smirnov. J'ai par la suite amélioré les classes des processus de diffusion élastique des électrons et travailler sur les calculs théoriques du modèle de diffusion élastique des protons et des alphas dans l'eau liquide auparavant inexistant dans Geant4-DNA. J'ai effectué une combinaison des processus multi-échelles des modèles de Geant4-DNA (à l'échelle microscopique) avec les modèles électromagnétiques disponibles dans l'outil Geant4 (les processus d'interaction des photons et autres modèles de Geant4). A la fin de mon travail, j'ai participé à l'estimation des performances de Geant4-DNA pour la dosimétrie dans des géométries de petite taille (jusqu'à l'échelle du nanomètre) dans l'eau liquide à l'aide des distributions " Dose Point Kernel ". J'ai ensuite calculé les fréquences de dépôts d'énergie dans des petits cylindres de dimensions nanométriques correspondant à des cibles biologiques et des modèles de noyau cellulaire humain simplifié pour l'estimation des cassures directes simple et double. Mon travail de thèse a fournit les premiers résultats de Geant4-DNA pour la prédiction de cassure de brin d'ADN combinant physique et géométries à l'échelle de l'ADN. Enfin, nous avons développé des classes de processus et modèles basés sur l'approche CTMC-COB (Classical Trajetory Monte Carlo avec critère d'Over Barrier) spécifique aux bases de la molécule d'ADN et à l'eau liquide.

Le "gold-standard" du traitement chirurgical des scolioses est l'arthrodèse, qui consiste, à l'aide d'une instrumentation adaptée, à corriger et redresser les déformations scoliotiques, puis fusionner les vertèbres du segment pathologique afin de consolider la correction réalisée. Cette fusion entraine la destruction de la biomécanique physiologique du rachis, en supprimant sa mobilité et sa croissance. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse portent sur le développement et la validation d'un nouveau concept d'instrumentation rachidienne ayant pour objectifs de réduire voire d'arrêter l'évolution des déformations rachidiennes, en conservant croissance et mobilité. Ce nouveau dispositif a nécessité une étude biomécanique large, partant du concept nouveau de cet implant, passant par la mise au point d'une méthodologie expérimentale, la conception et la réalisation de prototypes, puis leur validation à travers des études numériques, mécaniques, tribologiques et in vivo sur gros animal. La caractérisation in vitro du dispositif porte sur des essais mécaniques de caractérisation de matériau et des essais tribologiques de caractérisation du frottement. La caractérisation in vivo consiste en deux études menées sur gros animal, le modèle de porc Landrace, une première sur l'étude de l'arrachement de vis pédiculaires, puis une seconde, de validation de concept, avec 2 mois d'implantation du montage. Les premières conclusions tirées de ces travaux sont positives quant au bon fonctionnement du système. Des études en cours et à venir permettront de compléter ces résultats, et de valider le système dans son ensemble, afin de permettre sa future mise sur le marché. / The "gold standard" of surgical treatment of scoliosis is arthrodesis, which, with an appropriate instrumentation, corrects and straightens the deformities and fuses the vertebra of the pathologic segment to consolidate the correction. This fusion leads to the destruction of the physiological biomechanics of the spine, destroying growth and mobility. The work done in this thesis focuses on the development and validation of a new concept of spinal instrumentation which objectives are to reduce or even stop the development of spinal deformities, maintaining growth and mobility. This device is composed of materials used in new ways, leading to friction issues that do not exist in the current spinal systems. Thus, the system required a large biomechanical study, starting from the new concept of this implant, carrying on the development of an experimental methodology, designing and prototyping and then validation through numerical, mechanical, tribological and large animal in vivo studies. In vitro characterization of the device involves characterization of material through mechanical tests, and characterization of the tribological behavior of the system. In vivo characterization consists of two studies on large animal, the Landrace pig model : a first one on pedicle screws pullout, and a second one with 2 months of implantation, to validate the concept. The initial findings from this work are positive about the correct behavior of this system. Ongoing and future studies will complement those results, and validate the system as a whole, to allow future marketing.

Cette thèse étudie la distorsion de probabilité dans le jugement clinique afin de comparer le jugement des médecins à des modèles statistiques. Nous supposons que les médecins forment leur jugement clinique en intégrant une composante analytique et une composante intuitive. Dans ce cadre, les médecins peuvent souffrir de plusieurs biais dans la façon dont ils évaluent et intègrent les deux composantes. Cette thèse rassemble les résultats obtenus sur le terrain et en laboratoire. À partir de données médicales, nous avons constaté que les médecins n'étaient pas aussi bons que les modèles statistiques à intégrer des évidences médicales. Ils surestimaient les petites probabilités que le patient soit malade et sous­-estimaient les probabilités élevées. Nous avons constaté que leur jugement biaisé pourrait entraîner un sur­-traitement. Comment améliorer leur jugement? Premièrement, nous avons envisagé de remplacer le jugement du médecin par la probabilité de notre modèle statistique. Pour améliorer la décision, il était nécessaire d'élaborer un score statistique qui combine le modèle analytique, la composante intuitive du médecin et sa déviation observée par rapport à la décision attendue. Deuxièmement, nous avons testé en laboratoire des facteurs qui peuvent influencer le traitement de l'information. Nous avons trouvé que la capacité des participants à apprendre la valeur de la composante analytique, sans feedback externe, dépend de la qualité de leur composante intuitive et de leur mémoire de travail. Nous avons aussi trouvé que la capacité des participants à intégrer les deux composantes dépend de leur mémoire de travail, mais pas de leur évaluation de la composante intuitive. / This thesis studies probability distortion in clinical judgment to compare physicians’ judgment with statistical models. We considered that physicians form their clinical judgment by integrating an analytical component and an intuitive component. We documented that physicians may suffer from several biases in the way they evaluate and integrate the two components. This dissertation gathers findings from the field and the lab. With actual medical data practice, we found that physicians were not as good as the statistical models at integrating consistently medical evidence. They over­estimated small probabilities that the patient had the disease and under­ estimated large probabilities. We found that their biased probability judgment might cause unnecessary health care treatment. How then can we improve physician judgment? First, we considered to replace physician judgment by the probability generated from our statistical model. To actually improve decision it was necessary to develop a statistical score that combines the analytical model, the intuitive component of the physician and his observed deviation from the expected decision. Second, we tested in the lab factors that may affect information processing. We found that participants’ ability to learn about the value of the analytical component, without external feedback, depends on the quality of their intuitive component and their working memory. We also found that participants’ ability to integrate both components together depends on their working memory but not their evaluation of the intuitive component.

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Initiée dans les années 1960, la radiologie interventionnelle comprend les actes médicaux invasifs ayant pour but le traitement ou le diagnostic d’une pathologie réalisés sous guidage ou sous contrôle d’un moyen d’imagerie. L’enjeu de la thèse est de développer l’analyse sociohistorique de l’émergence d’une spécialité médicale – la radiologie interventionnelle – et d’en étudier les stratégies de légitimation. Trois axes d’investigation interdépendants sont plus particulièrement privilégiés. Le premier d’entre eux vise à comprendre comment est née cette pratique médicale en établissant l’archéologie des innovations dont elle résulte. Dans le deuxième, il s’agit d’analyser les stratégies de valorisation et les modes de faire-valoir de la radiologie interventionnelle. Les velléités d’autonomisation des radiologues interventionnels les ont ainsi conduits à mobiliser différents registres de légitimité (légitimité scientifique, légitimité professionnelle dans le champ médical, légitimité régulatoire). Le troisième axe permet quant à lui la prise en compte de la question de la démarcation sociale et des frontières. Étant porteuse d’une transgression de la dichotomie établie entre sphères diagnostique et thérapeutique, la radiologie interventionnelle a de fait entraîné une reconfiguration des relations entre spécialités. L’investigation s’appuie sur une méthodologie plurielle combinant entretiens semidirectifs, observations in situ (bloc opératoire, scanner, réunions de concertation pluridisciplinaire, consultations) et exploitation de données scientométriques. Une mise en perspective internationale avec la situation canadienne permet d’étudier l’impact des contextes nationaux sur la diffusion et la reconnaissance de la radiologie interventionnelle. / Introduced in the 1960s, interventional radiology includes invasive medical procedures for the treatment or diagnosis of a pathology performed under the guidance or control of an imaging device. The aim of the thesis is to develop the sociohistorical analysis of the emergence of a medical specialty – interventional radiology – and to study its legitimization strategies. Three interdependent lines of inquiry are privileged in particular. The first aims to understand how this medical practice was born by establishing the archaeology of the innovations that gave rise to it. In the second, it is a question of analyzing the strategies of valorization and the ways of valuing interventional radiology. The interventional radiologists’ desire for independence has led them to mobilize different registers of legitimacy (scientific legitimacy, professional legitimacy in the medical field, regulatory legitimacy). The third line of inquiry allows for the issue of social demarcation and boundaries to be taken into account. As it is a means of transgressing the established dichotomy between the diagnostic and therapeutic spheres, interventional radiology has in fact led to a reconfiguration of the relations between specialties. The investigation is based on a methodology combining semi-directive interviews, in situ observations (operating theater, multidisciplinary consultation meetings, consultations) and the use of scientometric data. An international perspective on the Canadian situation makes it possible to study the impact of national contexts on the dissemination and recognition of interventional radiology.

Cette thèse analyse les transformations de l'espace urbain qui ont eu lieu depuis la moitié du XIXe siècle dans la ville de Fortaleza - capitale de l'état du Ceará - à partir du discours médical-hygiéniste. La transformation urbaine qui s'est produite s'insère dans un contexte international d'hégémonie du discours médical qui prêchait l'hygiène et l'assainissement des villes. Ces idées ont eu un rôle fondamental dans le processus de formation et d'ordonnancement de l'espace urbain. Pour comprendre et expliquer la constellation d'idées et de pratiques il a fallu étudier le rôle du médecin dans l'élaboration d'une nouvelle forme de penser la ville à partir de l'hygiène et de la santé, l'application et l'adaptation des modèles d'hygiène et d'urbanisation européens - principalement français -, inventoriant les actions réactives et préventives de l'Etat pendant les sécheresses et les épidémies ; les politiques de prévention contre les maladies et les campagnes contre les épidémies. La Géographie a contribué à comprendre le rôle des idées et à l'impact des changements de mentalité pour la génération de nouvelles configurations territoriales et des paysages géographiques. La diffusion de théories médicales entre la population et les gouvernants a eu un effet significatif dans l'ordonnancement des villes brésiliennes. / From the hygienic and medical point of view, this thesis analyses the transformation of the urban space that took place in the city of Fortaleza - Capital of Ceará State (Brazil) - since mid XIX Century. The occurred urban transformation is comprised in an international context of the hegemony of the medical discourse that preached city's hygiene and sanitation. These ideas played a fundamental role in the process of formation and organisation of the urban space; in order to understand and explain the constellation of ideas and practices, it was necessary to study the role of the doctor in the design of a new way of thinking the city from the hygiene and health perspective, in addition to its application and adaptation to the European hygienic and urbanisation patterns - notably the French ones -, listing the State reactive and preventive actions during droughts and epidemics; the preventive policies against illness and campaign against epidemics. Geography contributed to the understanding of the role of ideas and of the impact of changes in the mentality for the creation of new territorial layouts and geographical landscapes. The dissemination of medical theories amongst the population and public authorities had significant impact in the organisation of Brazilian cities.

L’objectif de cette thèse est de développer un cylindre instrumenté pour mesurer sa déflexion dans les applications médicales. Deux types de matériaux sont utilisés pour le cylindre : l'acier inoxydable et le NiTi. Des microjauges sont réparties le long du cylindre pour mesurer en temps réel sa déformation, permettant ainsi de guider le cylindre à sa destination envisagée dans un geste chirurgical. Plusieurs approches pour la mesure de déformation sont présentées et comparées, et la mesure de déformation par les microjauges piézorésistives semiconductrices intégrées sur le cylindre paraît la méthode optimale en tenant compte de la sensibilité, la compatibilité biomédicale et la faisabilité en microfabrication. Des analyses théoriques et par méthode d'éléments finis sont effectués pour analyser le comportement mécanique du cylindre en flexion mais aussi pour positionner et dimensionner les microjauges piézorésistives sur le cylindre. Un premier prototype a été réalisé et caractérisé pour vérifier la fonctionnalité de notre système.La réalisation des microjauges sur les cylindres se déroule par la microfabrication en salle blanche. Le germanium est utilisé comme le matériau piézorésistif. A cause de la spécificité géométrique des cylindres en tant que le substrat de la microfabrication, de nombreuses modifications sont apportées au procédé de fabrication 'standard' pour le dépôt et l'usinage des matériaux en surface du substrat métallique courbe. Le résultat de microfabrication est présenté, ainsi que l'analyse et les améliorations éventuelles du procédé actuel. / The objective of this assertation is to develop an instrumented cylinder in order to measure its deflection status in medical applications. The cylinders are made of two types of materials: stainless steel and NiTi. The microgauges are distributed along the cylinder to measure its real-time surface strain, thus allowing the cylinder to be guided to its planned destination during a surgical operation.Several approaches for strain measurement are presented and compared, and strain measurement with semiconductor piezoresistive microgauges integrated on the cylinder appears to be the optimal method considering the sensitivity, biomedical compatibility and feasibility in microfabrication.Theoretical analysis and finite element method analysis are carried out in order to analyze the mechanical behavior of the deflected cylinder and to determine the optimal position and size of the piezoresistive microgauges on the cylinder. A first prototype was developed and characterized to verify the functionality of our system.The microgauges are implemented on thin cylinders by microfabrication in cleanroom. Germanium is used as the piezoresistive material. Due to the curved geometry of metal cylinders as the substrate for microfabrication, several ajustments are made to the standard process of material deposition and surface machining. The analysis of experimental results, as well as the possible upgrades of the current process, are discussed.

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